PD Dr. Carsten PosovszkyKlinik für Kinder- und Jugendmedizin UlmUniversitätsklinikum Ulm
Darmerkrankungen und Immundefekte
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Der Magen-Darm-Trakt
Darmimmunologie
Pathophysiologie
Mikrobiom
Immundefekte
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Der Magen-Darm-Trakt
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Der Gastrointestinaltrakt
AufgabenVerdauungNahrungsaufnahmeDarmmotilitätAusscheidungAppetitregulationGlukosehomeostaseInfektionsabwehr
OrganeMundSpeiseröhreMagenDünndarmDickdarm
GewebeSpez. GewebeverbandMukosale BarriereEndokrine, neurokrine, Immunologische Reaktion
ZellenFunktionale Einheit
Orale ZufuhrNährstoffe, Antigene,Irritanzien, Toxine,Pathogene
DNA/GeneRegulieren Zellfunktion
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Darmerkrankungen - Pathophysiologie
Stimulus
Immunol.Reaktion
Nicht-immunol.Reaktion
Immunantwort• angeboren/unspezifisch• adaptiv/spezifisch• allergisch
- IgE-vermittelt- Zellvermittelt
Toxisch• akut• chronischIntoleranz• Pharmakologisch• EnzymatischPseudoallergie
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Darmimmunologie
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Der Darm - ein Immunorgan!
Mukosa:• Riesige Grenzfläche, mukosale Barriere (Zellen,
Mukus, Defensine...)-> Angeborene Darmabwehr
Lymphoides Gewebe:• GI-assoziiertes lymphatisches Gewebe ist das
größte immunologische Kompartiment im Körper• T Zellen im Dünndarm > 60% des
Gesamtlymphozytenpools des Körpers-> Adaptive Immunität
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Unspezifische Abwehr und Darmbarriere
Modifiziert: Nature Reviews Immunology 10, 159-169 (March 2010)
NKT
10-700µmMucusinnere Schicht
MucusäußereSchicht
Lumen
MUC19
ATG16L
NOD2
Bild: Dirk Haller, TUM
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Unspezifische Abwehr – Toll-like Rezeptoren (TLRs)
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Organisierte Gewebe
Im DARM:Folliculi lymphatici solitariiFolliculi lymphatici aggregati(Peyersche Plaques)Appendix vermiformisMesenteriale Lymphknoten
Diffuse Gewebe
Intraepitheliale Lymphozyten (IEL) = T-Zellen (CD8>>CD4+CD8+ od. CD4-CD8-)Lamina propria Lymphozyten (LP) = NK-T-Zellen, Plasmazellen, abT-Zellen
Anatomie der spezifischen Darmabwehr
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Eigenschaften des mukosalen Immunsystems
Anatomische Eigenschaften
Enge Interaktion zwischen Mukosa und lymphoiden Gewebe.
Diskrete Kompartemente und organisierte Strukturen, wie Peyer’s Plaques, lymphoide Follikel und Mandeln.
Spezialisierte Antigen Mechanismen, wie M-Zellen.
EffektormechanismenAktivierte / Memory T-Zellen pradominieren auch, wenn keine Infektion vorliegt.
Natürliche Effektor / Regulatorische T-Zellen, welche nicht spezifisch aktiviert werden.
Immunregulatorische Maßnahmen Aktive Eindämmung der Immunantworten.
Inhibierende Makrophagen und Toleranz induzierende dendritische Zellen.
Abreu M. Nature Reviews Immunology 11, 215 (March 2010)
Dünndarm KolonLumen
Follikel-assoziiertesEpithel
Lumen
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PathophysiologieentzündlicherDarmerkrankungen
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Chronisch-entzündliche Darmerkrankungen (CED)
= chronische Erkrankung des gastrointestinal Traktes durch eine chronisch-entzündliche Immunantwort auf intestinale Bakterien in einem genetisch-determinierten anfälligen Wirt
transmural, diskontinuierlich fistelnd, fibrosierend
oberflächlich ulzerierendkontinuierlich von distal
Morbus Crohn nicht-klassifizierbar Colitis ulcerosa
4-30%
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Krankheitstheorien:
Mod. nach Koletzko/Uhlig Monatschrift Kinderh. 2010; 158:759
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http://www.mzfk.net
Intestinale Flora und intestinale Barriere
ER-StressXBP1
Solute-TransportSLC22A4/A5
CED-Patienten -> erhöhte Darmpermeabilität
EpithelbarriereMUC19GNA12
Bakterielle AbwehrNOD2
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Bakterielle Erkennung und Prozessierung
Nature Reviews Immunology 10, 159-169 (March 2010)Goto, Immunology and Cell Biology 91, 204-214 (2013)
Kommensale Mikrobiota ist notwendig für eine optimaleInduktion der antibakteriellen Aktivität
NOD2
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Pathophysiologie aus Sicht der molekularen Epidemiologie:involvierte biologische Prozesse
Kohr et al. Genetics and pathogenesis of inflammatory bowel disease Nature.; 474(7351): 307–317
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CED-relevante ProzesseLymphozytenaktivierung, Toleranz, TH17, Treg
Nature Reviews Immunology 10, 159 (March 2010)
NKT
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?
?
Alter bei Erstdiagnose CED in Deutschland
Stand Nov. 2011
„Early onset“ A1a
„Very early onset“
≈15%
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Handelt es sich bei pädiatrischer CED um die gleiche Krankheit?
Modifiziert nach Ruel et al Nat.Rev.Gastroenterol. Hepatol. 2014;11:88
GWASpäd.GWAS
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Zusammenfassung CED
NKT
IEL
Modifiziert nach Ruel et al Nat.Rev.Gastroenterol. Hepatol. 2014;11:88
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Mikrobiom & Immunsystem
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Ying & Yang part 1: Outside-in
unsterilnormales Mikrobiom
Lora V. Hooper et al.: Interactions Between the Microbiota and the Immune System. Science 336(6086), 2012: 1268-1273, DOI: 10.1126/science.1223490
keimfreiFehlendes Mikrobiom
Induziert isolierte LymphfollikelGleichgewicht von Effektor-und Regulatorischen T-Zellen
Keine isolierten Lymphfollikelkein sekretorisches IgAkeine CD8ab IEL
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Ying & Yang part 2: Inside-outNormales Immunsystem
normales Mikrobiom
Lora V. Hooper et al.: Interactions Between the Microbiota and the Immune System. Science 336(6086), 2012:
Gestörtes ImmunsystemDysbiose
angeborenes und adaptive Immunsystem kontrolliertMikrobiom (Komposition, Diversität, Lokalisation)
Fehlende angeborene odererworbene Abwehr -> gestörte Komposition ->Inflammation
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Lora V. Hooper et al.: Interactions Between the Microbiota and the Immune System. Science 336(6086), 2012:
Normales Immunsystemnormales Mikrobiom
Gestörtes ImmunsystemDysbiose
Stuhltransplantation:
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Lora V. Hooper et al.: Interactions Between the Microbiota and the Immune System. Science 336(6086), 2012:
Normales ImmunsystemDysbiose & Inflammation
Gestörtes ImmunsystemDysbiose
Stuhltransplantation:
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Immundefekte
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Autoimmunenteropathie (AIE)
= heterogene Gruppe einer sehr seltenen Autoimmun-erkrankung des Dünndarmes mit Nachweis von Autoantikörpern gegen Enterozyten, Becherzellen oder enteroendokrine Zellen, sie ist mit monogenen Immundefekten assoziiert (IPEX, APECED, APS-2)
AI-Ösophagitis AI-Gastritis AI-Enteropathie AI-Kolitis
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Autoimmunenteropathie (AIE): Histologie
Singhi et al Modern Pathology 27, (2014)
• Variables histol. Bild• Plumpe Zotten• Lymphozytäres Infiltrat
• Kryptenbetonte Apoptose • Becherzellverlust
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Defekte der zentralen und peripheren Toleranz
Gregersen and Behrens Nature Reviews Genetics 7, 917–928 (December 2006) | doi:10.1038/nrg1944
Zentral
Peripher
APECED (APS1)Autoimmun-Polyendokrinopathie,
Candidiasis,Ektodermale Dystrophie
(AIRE)
IPEXImmundysregulation,Polyendocrinopathie,
Enteropathie,X-linked
(foxp3)
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1. Fallvignette:
Deutsches Mädchen, nicht konsanguiner Eltern 1. LJ Fieberepisoden2. LJ Autoimmunhepatitis, mukokutane Candidiasis4. LJ chronisch intermittierender Durchfall, Obstipation, Steatorrhö, Hypoparathyreoidismus, Morbus Addison
Diagnose: Autoimmun-Polyendokrinopathie-Candidiasis-ektodermale-Dystrophie Syndrom (APECED,APS 1) :homozygote Mutation im Autoimmun-Regulator-Gen (AIRE) -> gestörte zentrale Toleranzinduktion-> Antikörper hauptsächlich gegen endokrine Organe
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Verlustderenteroendokrinen ZellenimDuodenumbeiAPECEDPatienten
HE Control
b
HE A1
c
HE A2
a
CrA Control 5HT Control
DC
CrA 1 5HT 1
A B
CrA 3 5HT 3
FE
Posovszky etal.JClin Endocrinol Metab 2012
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2. Fall:Reif geborener Junge syrischer nicht kosanguiner ElternNeonataler Diabetes -> InsulinpumpeMolekulargenetische Panel Diagnostik bei neonatalem
Diabetes
9.LW Acinetobacter Iwoffi SepsisAutoimmunhämolytische AnämieDystrophie (3. Perzentile f. Gewicht, Länge, Kopfumfang)Malabsorptive Durchfälle 7-10 x/d, Bikarbonatverlust,
Hypoproteinämie, Hypokaliämie -> aktuell enteraleErnährung mit Neocate
11.LW Z.n. Rota- und Adenovirusnachweis enteral12.LW Ekzem
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2. Fall:
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2. Fall:
Ergebnis Panel Diagnostik bei neonatalem Diabetes
Ø Mutation im Foxp3 Gen
IPEX: Immundysregulation, Polyendokrinopathie,
Enteropathie, X-linked
Foxp3
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3. Fall:15 jährige türkische Patientin kosanguiner Eltern
Wachstumsretadierung, Pubertas tarda.
Juveniler Diabetes seit 3. LJ, danach Hypothyreose
Massive Lymphopenie und Immunglobulinmangel
Rezidivierend gastrointestinale Infektionen (Noro-, Adeno, EPEC, Kryptosporidien, Citrobacter freundii, Klebsiella pneumonia, E. coli)
Mit 10 Jahren Zottenatrophie (MARSH IIIb)
Glutenfreie-Diät und Immunsuppressive Therapie ohne Effekt
Molekulargenetischer Ausschluss von Polyendokrinopathie-Syndromen wie IPEX und APECED
PosovszkyetalManuskript
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4. Fall:türkischer Junge kosanguiner Eltern (Cousin-Cousine I.Grades), 5. Kind2 Schwestern mit V.a. Immundefekt verstorben (Meningitis, Salmonellose
40LT; CED mit rectovaginaler Fistel, Dermatitis Gedeihstörung,Pneumonie, chron. Mastoiditis 4.LJ akutes Abdomen)
Erste Lebenswoche Stomatitis apthosa
6. LWo Fieber, blutige Diarrhö (Durchfall 10x/d mit Blutbeimengung)Ausgeprägte Proktitis, entzündliche Analstenose -> BougierungImpetigo im Gesicht, ekzematöse Dermatitis (gluteal, inguinal, Rücken,
OS)Verminderter Zinkspiegel -> V.a. Acrodermatitis enteropathica -> Zink
12. LMo Gedeihstörung (< 3.Perz Länge u. Gewicht), Stuhlgang 4-5x/d
Granulozytenfunktion: Verminderter oxidativer-Burst, normale Phagozytose
Molekulargenetik: homozygote NCF-2 Gen-Mutation -> Septische Granulomatose
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Aphtoide Läsionen im Kolon:uncharakteristische Entzündung
Große, gestielte entzündliche Mariske:Apikal granulomatöse Veränderungen
Fall 4: IL10-R2 DefektMolekulargenetik:Homozygote Mutation im IL10RB—GenAuch bei der verstorbenen Schwesternachweisbar
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Klinische Identifizierung monogenetischer Formen„YOUNG AGE MATTERS MOST“
Junges Alter bei Krankheitsbeginn
M ehrere Familienangehörige betroffen oder Konsanguinität der ElternA utoimmunitätT ut nicht wachsen (Thriving deficiency)T herapieresistentE ndokrine ErkrankungenR ecurrente Infektionen oder nicht erklärbares FieberS chwerer perianaler Befall
M acrophagen Aktivierungs Ayndrome und lymphohistiozytäreHämophagozytose
O bstruktion oder Atresie des DarmesS eltsame Haut, Haar oder Zahnanomalien (Skin abnormalities)T umore
Uhlig et al. The Diagnostic Approach to Monogenic Very Early Onset Inflammatory Bowel Disease Gastroenterology 2014 : http://dx.doi.org/10.1053/j.gastro.2014.07.023
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Immundefekte
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Posovszky
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Immundefekt führen zu Darmerkrankungenauch unabhängig von Infektionen und Antibiotika
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FAZITEntzündliche Darmerkrankungen:
gestörte Darmbarriereimmunologische Dysregulationgestörtes Mikrobiomzahlreiche Effektoren (Eosinophile, T-Zellen,...)
Pathophysiologie: komplexes Zusammenspiel von Umweltfaktoren und genetischer Prädisposition
Genetik: Suszeptibilitätsgene z.B. für Zöliakie, CEDzahlreiche monogenetische Immundefekterkrankungen zahlreiche biologische Prozesse involviert
Kinder: altersabhängige Manifestation, Klinik & Verlaufmonogenetische Formen „young age matters most“
Diagnostik: Anamnese & klinische UntersuchungImmunologische Basis- und SpezialdiagnostikHistologieMolekulargenetik
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